<<
>>

14. Когерентность в мозге

С термином «когерентность» мы в этой книге уже встречались — хотя и безотносительно к мозгу — во второй главе при рассмотрении лазера. Лазерный источник света испускает именно когерентный свет, и происходит это благодаря тому, что колебания электронов отдельных атомов рабочего вещества лазера полностью совпадают по фазе.

Однако какое же отношение все это может иметь к мозгу? В предыдущих главах мы почти вплотную подошли к убеждению, что какое бы то ни было восприятие возможно толь- ко благодаря взаимодействию многих — а то и очень многих — нейронов мозга. Для того чтобы понять механизмы взаимодействия нейронов, необходимо изучить их свойства — например, произвести одновременные замеры их электрических потенциалов. Американский психолог Уолтер Фримен, проводя электрические измерения на обонятельных луковицах подопытных крыс, обнаружил, что в них целые группы нейронов демонстрируют совершенно единообразное поведение, т. е. являются, в некотором роде, когерентными. Что же может означать это одинаковое поведение, и как это связано со внешним раздражением?

Значительный вклад в отыскание ответов на эти вопросы удалось внести команде исследователей из Франкфурта (Вольф Зингер, К. М. Грей и др.), изучавшей группы нейронов зрительной области коры головного мозга кошки, а точнее — нейроны, расположенные в поле 17. Как нам уже известно, падающая на сетчатку полоса света возбуждает определенные нейроны, находящиеся в зрительной коре головного мозга; эти нейроны генерируют затем собственные нервные импульсы, причем отдельные нейроны избирательно реагируют наопределенным образом ориентированные и в определенном направлении движущиеся световые полосы. Зингер и его сотрудники проводили замеры двумя разными способами одновременно: во- первых, с помощью электрода был измерен электрический потенциал одной группы нейронов, а кроме того, была получена картина совокупного изменения потенциалов многих нейронов, находящихся в определенной области коры.

При сопоставлении результатов было сделано потрясающее открытие: обе кривые превосходно коррелировали друг с другом (см. рис. 14.1, горизонтальная ось отражает течение времени). В верхней части рисунка представлены совокупные колебания электрических потенциалов очень многих нейронов; выражаясь научным языком, локальный потенциал поля. Кривая демонстрирует довольно равномерные колебания потенциала, как в отношении амплитуды, так и в отношении периода колебаний. В нижней части рисунка, с соблюдением того же временного масштаба, помещена кривая, описывающая соответствующую последовательность нервных импульсов отдельной группы нейронов. Видно, что обе кривые хорошо коррелируют и имеют достаточно равномерные интервалы между минимумами. Интересно, что нервные импульсы возникают всякий раз именно тогда, когда электрический потенциал поля минимален. Полученные в ходе эксперимента данные являются очевидным свидетельством существования весьма сильной корреляции между деятельностью отдельных нейронов в группе и электрическим потенциалом поля очень большой совокупности нейронов. Отсюда можно сделать вывод, что строго коррелированными яв- ляются нервные импульсы очень большого количества нейронов коры (а не только тех, что «принимали участие» в эксперименте), т. е. нейроны производят совершенно равномерные когерентные колебания, аналогичные тем, что мы наблюдаем в атомах лазера.

Рис. 14.1. Результаты электрических измерений группы нейронов. Горизонтальная ось отражает течение времени. Верхняя кривая — локальный потенциал поля; нижняя — последовательность нервных импульсов отдельной группы нейронов. Расстояния между минимумами верхней кривой или группами импульсов нижней кривой соответствуют временным интервалам порядка 20 мс. Обратите внимание на совпадение во времени групп нервных импульсов и минимумов локального потенциала поля

Зингер и Грей расширили эксперимент и исследовали электрическое поведение двух групп нейронов, причем расстояние между этими группа-ми могло составлять многие миллиметры.

Сначала были идентифицированы группы нейронов, реагирующих на одинаковую ориентацию световых полос в пространстве и их параллельное или антипараллельное движение. Ученые установили, что коррелированная генерация сигналов обеими группами нейронов оказывалось наиболее ярко выраженным тогда, когда соответствующая световая полоса пересекала рецептивные поля обеих групп. Похожие эксперименты были проведены в Марбурге Р. Экхорном и Гербертом Райтбёком. В ходе этих экспериментов было обнаружено, что выраженную корреляцию демонстрируют даже группы нейронов, расположенные в разных полях (например, в 17 и 18), соответственно генерируя синхронные нервные импульсы.

Одинаковая отличительная особенность воспринимаемого изображения — в данном случае, ориентация или направление движения световой полосы — может вызвать когерентную генерацию нервных импульсов даже у весьма отдаленных одна от другой групп нейронов. Это обстоятельство позволяет сделать одно интересное обобщение, которое уже было потребовано ранее Зингером и другими, а именно — генерируя связанные нервные импульсы, мозг способен соединять друг с другом отдельные детали воспринимаемого изображения, тем или иным образом связанные между собой (такие, например, как одинаковые оттенки цвета). Возможно, именно таков механизм воссоздания в сознании целостного изображения. Фрэнсис Крик и Кристоф Кох пошли еще дальше: они предположили, что основываясь на этом механизме связывания, можно объяснить и общие принципы функционирования сознания. Хотя это предположение представляется нам на данном этапе слишком смелым, оно все же дает пишу для дальнейших размышлений.

Мы же в своих умозаключениях пока не заходим столь далеко и предпочитаем придерживаться экспериментальных свидетельств, на основании которых можно утверждать, что одинаковые движения светового раздражителя идентифицируются системой нейронов как взаимосвязанные. Отсюда недалеко до вывода о том, что данный механизм предназначен для идентификации движущихся объектов, при которой одинаково движущиеся элементы воспринимаются как части одного целого. В результате мозгу легко удается отличать друг от друга движущиеся объекты. Как показывают проведенные на синергетическом компьютере исследования, о которых рассказывается в следующей части, для объяснения процесса распознавания образов одного лишь механизма связанных колебаний недостаточно, да в них, собственно говоря, и нет необходимости. Значимым этот механизм оказывается лишь при идентификации различных движущихся объектов.

В любом случае, открытия, сделанные в ходе исследований зрительной области коры головного мозга кошки, открыли новую страницу в изучении мозга. Далее должны последовать аналогичные эксперименты с мозгом высших приматов — значительно более близких родственников человека, нежели кошки — и у нас есть основания полагать, что результаты этих экспериментов дадут этим открытиям необходимые и весьма ожидаемые подтв ержд ения.

<< | >>
Источник: Хакен Г., Хакен-Крелль М.. Тайны восприятия. — Москва: Институт компьютерных исследований, 2002, 272 стр.. 2002

Еще по теме 14. Когерентность в мозге:

  1. 1. ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ КАК МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ. ОПИСАНИЕ И АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММЫ
  2. 2. ГЕНОТИП-СРЕДОВЫЕ СООТНОШЕНИЯ В ИЗМЕНЧИВОСТИ ЭЭГ И ВП НА РАЗНЫХ ЭТАПАХ ОНТОГЕНЕЗАВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА ГЕНОТИП-СРЕДОВЫХ СООТНОШЕНИЙ В ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММЕ
  3. ПОТЕНЦИАЛЫ МОЗГА, СВЯЗАННЫЕ С ДВИЖЕНИЕМ (ПМСД)
  4. КОРТИКАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ В ТРУДОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
  5. 14. Когерентность в мозге
  6. Глава 6 НЕЙРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ АНОМАЛЬНОГО СЕКСУАЛЬНОГО ПОВЕДЕНИЯ
  7. ФОРМИРОВАНИЕ МОЗГА В ОНТОГЕНЕЗЕ
  8. Острый период очаговых повреждений головного мозга, синдром «вегетативного состояния»
  9. СТЕРЕОСКОПИЧНОСТЬ ЗРИТЕЛЬНОГО ВОСПРИЯТИЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АСИММЕТРИЯ МОЗГА
  10. Глава XI ПСИХИЧЕСКИЕ РАССТРОЙСТВА ПРИ ТРАВМАХ ГОЛОВНОГО МОЗГА
  11. Нейропептиды
  12. ТРАВМАТИЧЕСКАЯ БОЛЕЗНЬ ГОЛОВНОГО МОЗГА (ТБГМ)
  13. Электроэнцефалография
  14. Магнитно-резонансная томография головного мозга
  15. ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА ГЕНОТИП-СРЕДОВЫХ СООТНОШЕНИЙ В ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММЕ